Bài tập lớn môn thiết kế ngoại vi và kĩ thuật ghép nối (1)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ =====o0o===== BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Môn học : Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối Giảng viên hướng dẫn : Trần Thị Thúy Hà Nhóm mơn học : 02 Nhóm tập lớn : 08 Sinh viên thực : Lê Phương Nam Nguyễn Hải Long B18DCDT163 B18DCDT131 Nguyễn Ngọc Tiến B18DCDT210 Trần Trung hiếu HÀ NỘI, 04 / 2022 -⁃⁃⁃⁃‹‹‹﴾֍﴿›››⁃⁃⁃⁃ - B18DCDT079 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học MỤC LỤC Phần I: Bộ chuyển đổi DAC Bộ chuyển đổi DAC ? 1.1 Bộ chuyển đổi DAC ? 1.2 Tại cần DAC ? Cách hoạt động DAC 2.1 Độ phân giải 2.2 Các loại DAC cách hoạt động Một số hạn chế ứng dụng DAC 11 3.1 Hạn chế DAC .11 3.2 Ứng dụng DAC 12 Phần II: HỆ THỐNG QUÁN LÝ QUA THẺ RFID .13 Tìm hiểu nghiên cứu hệ thống quán lý qua thẻ RFID 13 1.1 Đánh giá tổng quan 13 1.2 Các hệ thống quản lý thẻ RFID .13 Tổng quan ngoại vi chuẩn sử dụng 15 2.1 Sơ đồ hệ thống .15 2.2 Khối ngoại vi .16 2.3 Khối vi điều khiển .21 Cách hoạt động hệ thống 25 Kết sản phẩm 28 4.1 Thiết kế phần cứng .28 4.2 Thiết kế giao diện App quản lý thẻ 30 Hướng phát triển hệ thống 31 Phân công công việc đánh giá thành viên nhóm 32 LỜI CẢM ƠN 33 NHÓM Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học Phần I: Bộ chuyển đổi DAC Bộ chuyển đổi DAC ? 1.1 Bộ chuyển đổi DAC ? Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang analog thường gọi DAC viết tắt Digital to Analog Converter, D / A D2A thiết bị chuyển đổi giá trị nhị phân (0 1) thành tập hợp điện áp liên tục (tín hiệu analog) Hình 1.1 : Sơ đồ khối hệ thống nhúng điện thoại di động 1.2 Tại cần DAC ? Trong thực tế cảm nhận từ giác quan đa phần dựa tín hiệu tương tự (tín hiệu Analog) đặc biệt tai Vì tín hiệu từ thiết bị máy móc tạo muốn người hiểu phải chuyển đổi sang tín hiệu hiệu tương tự (tín hiệu Analog) Hình 1.2: ADC sử dụng thực tế NHÓM Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học Trong kỹ thuật số, ta thấy đại lượng số có giá trị xác định hai khả 1, cao hay thấp, sai, vv… Trong thực tế thấy đại lượng số (chẳng hạn mức điện thế) thực có giá trị nằm khoảng xác định ta định rõ giá trị phạm vi xác định có chung giá trị dạng số Ví dụ: Với logic TTL ta có: Từ 0V đến 0,8V mức logic 0, từ 2V đến 5V mức logic Như mức điện nằm khoảng – 0,8V mang giá trị số logic 0, điện nằm khoảng – 5V gán giá trị số Ngược lại kỹ thuật tương tự, đại lượng tương tự lấy giá trị khoảng giá trị liên tục Và điều quan trọng giá trị xác đại lượng tương tự là yếu tố quan trọng Trong tín hiệu tương tự liên tục cung cấp vô số giá trị điện áp khác nhau, mặt khác, mạch kỹ thuật số hoạt động với tín hiệu nhị phân có hai trạng thái rời rạc, logic “1” (CAO) logic “0” (THẤP) Vì vậy, cần phải có mạch điện tử chuyển đổi hai lĩnh vực khác tín hiệu tương tự thay đổi liên tục tín hiệu kỹ thuật số rời rạc, lúc Phương pháp chuyển đổi DAC đời Hình 1.3: Sự khác hai dạng tín hiệu Cách hoạt động DAC 2.1 Độ phân giải Độ phân giải (resolution) biến đổi DAC định nghĩa thay đổi nhỏ xảy đầu tương tự kết qua thay đổi đầu vào số Độ phân giải DAC phụ thuộc vào số bit, nhà chế tạo thường ấn định độ phân giải DAC dạng số bit DAC 10 bit có độ phân giải tinh DAC bit DAC có nhiều bit độ phân giải tinh NHĨM Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học Độ phân giải ln trọng số LSB Cịn gọi kích thước bậc thang (step size), khoảng thay đổi Vout giá trị đầu vào số thay đổi từ bước sang bước khác Hình 1.4 : Độ phân giải ADC Bit Dạng sóng bậc thang (hình 2.1) có 16 mức với 16 thạng thái đầu vào có 15 bậc mức mức cực đại Với DAC có N bit tổng số mức khác 2^N, tổng số bậc 2N – 2.2 Các loại DAC cách hoạt động  Nguyên tắc chung trình chuyển đổi DAC Chuyển đổi tương tự(DAC) q trình tìm lại tín hiệu tương tự từ N số hạng(N Bit) biết tín hiệu số với độ xác mức lượng tử tức 1LSB Hình 1.5: Sơ đồ khối trình chuyển đổi DAC NHĨM Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc mơn học Tín hiệu đầu DAC tín hiệu rời rạc theo thời gian hình vẽ Tín hiệu đưa qua lọc thông thấp lý tưởng LTT Trên đầu LTT có tín hiệu VA biến thiên liên tục theo thời gian tín hiệu nội suy Vm 2.2.1 DAC dùng điện trở có trọng số nhị phân khuếch đại cộng Hình 2.1 sơ đồ mạch mạch DAC bit dùng điện trở khuếch đại đảo Bốn đầu vào A, B, C, D có giá trị giả định 0V 5V Hình 1.6 : Sơ đồ nguyên lý DAC dùng điện trở có trọng số nhị phân khuếch đại cộng Bộ khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier – Op Amp) dùng làm cộng đảo cho tổng trọng số bốn mức điện vào Ta thấy điện trở đầu vào giảm dần 1/2 lần điện trở trước Nghĩa đầu vào D (MSB) có RIN = 1k, khuếch đại cộng chuyển mức điện D mà không làm suy giảm (vì Rf = 1k) Đầu vào C có R = 2k, suy giảm 1/2, tương tự đầu vào B suy giảm 1/4 đầu vào A giảm 1/8 Do đầu khuếch đại tính biểu thức: (4) Dấu âm (-) biểu thị khuếch đại cộng khuếch đại cộng đảo Dấu âm không cần quan tâm Như ngõ khuếch đại cộng mức điện tương tự, biểu thị tổng trọng số đầu vào Dựa vào biểu thức (4) ta tính mức điện áp tương ứng với tổ hợp ngõ vào (hình 2.4): NHĨM Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc mơn học Hình 1.7: Tín hiệu vào điện áp đầu ADC Bit 2.2.2 DAC R/2R ladder Mạch DAC ta vừa khảo sát sử dụng điện trở có trọng số nhị phân tạo trọng số thích hợp cho bit vào Tuy nhiên có nhiều hạn chế thực tế Hạn chế lớn khoảng cách chênh lệch đáng kể giá trị điện trở LSB MSB, DAC có độ phân giải cao (nhiều bit) Ví dụ điện trở MSB = 1k DAC 12 bit, điện trở LSB có giá trị 2M Điều khó cho việc chế tạo IC có độ biến thiên rộng điện trở để trì tỷ lệ xác Để khắc phục nhược điểm này, người ta tìm mạch DAC đáp ứng yêu cầu mạch DAC mạng R/2R ladder Các điện trở mạch biến thiên khoảng từ 2R đến R Hình 1.8 mạch DAC R/2R ladder NHÓM 8 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc mơn học Hình 1.8 : Sơ đồ nguyên lý DAC R/2R ladder Bit Từ hình 2.2 ta thấy cách xếp điện trở có hai giá trị sử dụng R 2R Dịng IOUT phụ thuộc vào vị trí chuyển mạch, đầu vào nhị phân B0 B1 B2 B3 chi phối trạng thái chuyển mạch Dòng IOUT phép chạy qua biến đổi dòng thành điện (Op-Amp) để biến dòng thành điện VOUT Điện ngõ VOUT tính theo công thức: 𝑽𝑶𝑼𝑻 = 𝑹𝒇 𝑽𝑨 𝑽𝑩 𝑽𝑪 𝑽𝑫 { + + + } 𝑹 𝟐𝟒 𝟐𝟑 𝟐𝟐 𝟐𝟏 Hoặc tương đương (khi Rf = R): 𝑽𝑶𝑼𝑻 = 𝑽𝑨 + 𝟐𝑽𝑩 + 𝟒𝑽𝑪 + 𝟖𝑽𝑫 𝟏𝟔 Trong giá trị mẫu số 16 tương ứng với 16 (2^4) kết hợp đầu vào có mạng bậc thang R-2R bit DAC Chúng ta mở rộng phương trình để thu phương trình DAC R-2R tổng quát cho số lượng đầu vào kỹ thuật số cho chuyển đổi R-2R D / A trọng số bit đầu vào ln tham chiếu đến bit quan trọng (LSB), Phương trình DAC R-2R tổng quát : 𝑽𝑶𝑼𝑻 = 𝑹𝒇 𝑽𝟏 𝑽𝟐 𝑽𝟑 𝑽𝑵−𝟏 𝑽𝑵 { 𝑵 + 𝑵−𝟏 + 𝑵−𝟐 + ⋯ + 𝟐 + 𝟏 } 𝑹 𝟐 𝟐 𝟐 𝟐 𝟐 Trong đó: “n” đại diện cho số lượng đầu vào kỹ thuật số mạng bậc thang điện trở R-2R DAC tạo độ phân giải: V LSB = V IN / n NHÓM 8 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc mơn học Rõ ràng bit đầu vào V A CAO gây thay đổi nhỏ điện áp đầu ra, bit đầu vào V D CAO gây thay đổi lớn điện áp đầu Do đó, điện áp đầu mong đợi tính cách tính tổng hiệu ứng tất bit đầu vào riêng lẻ kết nối CAO Lý tưởng nhất, mạng bậc thang nên tạo mối quan hệ tuyến tính điện áp đầu vào đầu tương đầu vào có mức tăng bước LSB, tạo bảng giá trị điện áp đầu dự kiến cho tất 16 kết hợp đầu vào với + 5V đại diện cho điều kiện logic “1” hiển thị Đầu chuyển đổi bit R-2R DAC : Đầu vào kỹ thuật số Biểu thức V OUT V OUT D C B A (8*VD + 4*VC + 2*VB + 1*VA)/24 Volts 0 0 (0*5 + 0*5 + 0*5 + 0*5)/16 0 0 (0*5 + 0*5 + 0*5 + 1*5)/16 0.3125 0 (0*5 + 0*5 + 2*5 + 0*5)/16 0.6250 0 1 (0*5 + 0*5 + 2*5 + 1*5)/16 0.9375 0 (0*5 + 4*5 + 0*5 + 0*5)/16 1.2500 1 (0*5 + 4*5 + 0*5 + 1*5)/16 1.5625 1 (0*5 + 4*5 + 2*5 + 0*5)/16 1.8750 1 (0*5 + 4*5 + 2*5 + 1*5)/16 2.1875 0 (8*5 + 0*5 + 0*5 + 0*5)/16 2.5000 0 (8*5 + 0*5 + 0*5 + 1*5)/16 2.8125 1 (8*5 + 0*5 + 2*5 + 0*5)/16 3.1250 1 (8*5 + 0*5 + 2*5 + 1*5)/16 3.4375 1 0 (8*5 + 4*5 + 0*5 + 0*5)/16 3.7500 1 (8*5 + 4*5 + 0*5 + 1*5)/16 4.0625 1 (8*5 + 4*5 + 2*5 + 0*5)/16 4.3750 1 1 (8*5 + 4*5 + 2*5 + 1*5)/16 4.6875 NHÓM 10 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc mơn học Hình 1.9 : Điện áp đầu DAC xếp theo số Bit đầu vào tăng dần Lưu ý điện áp đầu tương tự quy mô đầy đủ cho mã nhị phân 1111 không đạt giá trị với điện áp đầu vào kỹ thuật số (+ 5V) nhỏ tương đương với bit LSB, (312,5mV ví dụ này) Tuy nhiên, số lượng bit đầu vào kỹ thuật số (độ phân giải) cao điện áp đầu tương tự gần đạt đến mức đầy đủ tất bit đầu vào mức CAO Tương tự tất bit đầu vào mức THẤP, kết độ phân giải thấp LSB làm cho V OUT gần với volt 2.2.3 Một vài tích chất khác DAC - Độ Chính Xác Có nhiều cách đánh giá độ xác Hai cách thơng dụng sai số tồn thang (full scale error) sai số tuyến tính (linearity error) thường biểu biễn dạng phần trăm đầu cực đại (đầy thang) chuyển đổi Sai số toàn thang khoảng lệch tối đa đầu DAC so với giá trị dự kiến (lý tưởng), biểu diễn dạng phần trăm Sai số tuyến tính khoảng lệch tối đa kích thước bậc thang so với kích thước bậc thang lý tưởng NHĨM 10 19 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học đầu dừng xác định điểm bắt đầu kết thúc gói, liệu bị gián đoạn trình truyền Các thiết bị giao tiếp qua SPI có quan hệ master - slave Master thiết bị điều khiển (thường vi điều khiển), slave (thường cảm biến, hình chip nhớ) nhận lệnh từ master Cấu hình đơn giản SPI hệ thống slave, master nhất, master điều khiển nhiều slave • • • • Hình 2.7: Sơ đồ kết nối chuẩn giao thức SPI MOSI (đầu master / đầu vào slave) - đường truyền cho master gửi liệu đến slave MISO (đầu vào master / đầu slave) - đường cho slave gửi liệu đến master SCLK (clock) - đường cho tín hiệu xung nhịp SS / CS (Slave Select / Chip Select) - đường cho master chọn slave để gởi tín hiệu  Cách hoạt động cuả SPI Xung nhịp • Tín hiệu xung nhịp đồng hóa đầu bit liệu từ master để lấy mẫu bit slave Một bit liệu truyền chu kỳ xung nhịp, tốc độ truyền liệu xác định tần số tín hiệu xung nhịp Giao tiếp SPI khởi tạo master kể từ master cấu hình tạo tín hiệu xung nhịp NHĨM 19 20 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học • Bất kỳ giao thức giao tiếp mà thiết bị chia sẻ tín hiệu xung nhịp gọi đồng SPI giao thức giao tiếp đồng Ngồi cịn có phương thức khơng đồng khơng sử dụng tín hiệu xung nhịp Ví dụ, giao tiếp UART, hai bên đặt thành tốc độ truyền cấu hình sẵn để tốc độ thời gian truyền liệu • Tín hiệu xung nhịp SPI sửa cách sử dụng thuộc tính phân cực xung nhịp pha xung nhịp Hai thuộc tính làm việc để xác định bit xuất lấy mẫu Phân cực xung nhịp thiết lập master phép bit xuất lấy mẫu cạnh lên xuống chu kỳ xung nhịp Pha xung nhịp đặt để đầu lấy mẫu xảy cạnh cạnh thứ hai chu kỳ xung nhịp, tăng hay giảm Slave Select • Master chọn slave mà muốn giao tiếp cách đặt đường CS / SS slave mức điện áp thấp Ở trạng thái idle, khơng truyền tải, dịng slave select giữ mức điện áp cao Nhiều chân CS / SS có sẵn thiết bị master cho phép đấu dây song song nhiều slave Nếu có chân CS / SS, nhiều slave kết nối với master cách nối chuỗi MOSI MISO • Master gửi liệu đến slave bit, nối tiếp qua đường MOSI Slave nhận liệu gửi từ master chân MOSI Dữ liệu gửi từ master đến slave thường gửi với bit quan trọng trước • Slave gửi liệu trở lại master thông qua đường MISO nối tiếp Dữ liệu gửi từ slave trở lại master thường gửi với bit quan trọng trước  Ưu nhược điểm SPI Có số ưu nhược điểm sử dụng SPI lựa chọn giao thức giao tiếp khác nhau, bạn nên biết sử dụng SPI theo yêu cầu dự án: Ưu điểm • Khơng có bit bắt đầu dừng, liệu truyền liên tục mà khơng bị gián đoạn • Khơng có hệ thống định địa slave phức tạp I2C • Tốc độ truyền liệu cao I2C (nhanh gần gấp đơi) • Các đường MISO MOSI riêng biệt, liệu gửi nhận lúc NHÓM 20 21 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc mơn học Nhược điểm • • • Sử dụng bốn dây (I2C UART sử dụng hai) Không xác nhận liệu nhận thành công (I2C có điều này) Khơng có hình thức kiểm tra lỗi bit chẵn lẻ UART • Chỉ cho phép master 2.3 Khối vi điều khiển 2.3.1 Vi điều khiển SMT32F103C8T6 Giới thiệu sơ lược : STM32 dòng chip phổ biến ST với nhiều họ thông dụng F0,F1,F2,F3,F4… STMF103C8T6 thuộc họ F1 với lõi ARM COTEX M3 STM32F103C8T6 vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa 72Mhz Giá thành rẻ so với loại vi điều khiển có chức tương tự Mạch nạp cơng cụ lập trình đa dạng dễ sử dụng Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay thuốc, máy tính thiết bị ngoại vi chơi game, GPS bản, ứng dụng cơng nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ… Cấu hình chi tiết STM32F103C8T6: Hình 2.8 : Chip STM32F103C8T6 NHĨM 21 22 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học  ARM 32-bit Cortex M3 với clock max 72Mhz  Bộ nhớ:  64 kbytes nhớ Flash(bộ nhớ lập trình)  20kbytes SRAM  ADC 12 bit với kênh cho  Khoảng giá trị chuyển đổi từ – 3.6V  Lấy mẫu nhiều kênh kênh  Có cảm biến nhiệt độ nội  DMA: chuyển đổi giúp tăng tốc độ xử lý khơng có can thiệp q sâu CPU với kênh DMA Hỗ trợ DMA cho ADC, I2C, SPI, UART  timer  timer 16 bit hỗ trợ mode IC/OC/PWM  timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động với mode bảo vệ ngắt input, dead-time  watdog timer dùng để bảo vệ kiểm tra lỗi  sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho ứng dụng hàm Delay…  Hỗ trợ kênh giao tiếp bao gồm:      I2C(SMBus/PMBus) USART(ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control) SPIs (18 Mbit/s) CAN interface (2.0B Active) USB 2.0 full-speed interface 2.3.2 Vi điều khiển ESP8266 ESP8266 chip Espressif Systems có tích hợp cơng nghệ Wi-Fi với đặc tính giá rẻ, tương thích với nhiều tảng Nó có 11 chân GPIO (Chân đầu vào / đầu đa dụng) đầu vào analog, có nghĩa bạn lập trình giống với Arduino vi điều khiển khác Bản thân chip ESP8266 có 17 chân GPIO, số chân (6-11) sử dụng để giao tiếp với chip nhớ flash bo mạch Ngoài có kết nối Wi-Fi, sử dụng để kết nối với mạng Wi-Fi, kết nối Internet, lưu trữ máy chủ web với trang web thực, để điện thoại thông minh bạn kết nối với Khả esp8266 vơ tận! Khơng có lạ chip trở thành thiết bị IoT phổ biến có NHĨM 22 23 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học Hình 2.9 : Vi điều khiển ESP8266  Thơng số ESP8266  WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n  Điện áp hoạt động: 3.3V  Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB       Số chân I/O: 11 (tất chân I/O có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0) Số chân Analog Input: (điện áp vào tối đa 3.3V) Bộ nhớ Flash: 4MB Giao tiếp: Cable Micro USB Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2 Tích hợp giao thức TCP/IP 2.3.3 Chuẩn liệu Json JSON chữ viết tắt Javascript Object Notation, dạng liệu tuân theo quy luật định mà hầu hết ngôn ngữ lập trình đọc được, bạn sử dụng lưu vào file, record CSDL dễ dàng JSON có định dạng đơn giản, dễ dàng sử dụng truy vấn XML nhiều nên tính ứng dụng phổ biến, tương lai tới ứng dụng sử dụng json đa số NHÓM 23 24 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học Ví dụ định nghĩa chuỗi JSON lưu trữ thông tin cá nhân sau: { "name" : "LePhuongNam", "email" : "lephuongnam216@gmail.com", "ID" : "B18DCDT163", "Class" : "D18CQDT03-B" } Nhìn vào đoạn thơng tin này, ta thấy rõ cú pháp Json bao gồm phần riêng việt Key Value tách biệt rõ rệt Json ban đầu thiết kế để phục vụ cho ứng dụng viết JavaScript Object Notation Nhưng thực tế, Json định dạng liệu nên sử dụng ngôn ngữ mà không bị giới hạn 2.3.4 Chuẩn giao thức UART UART hay thu-phát không đồng đa hình thức giao tiếp kỹ thuật số thiết bị với thiết bị đơn giản lâu đời Bạn tìm thấy thiết bị UART phần mạch tích hợp (IC) dạng thành phần riêng lẻ Các UART giao tiếp hai nút riêng biệt cách sử dụng cặp dẫn nối đất chung Hình 2.10: Cách kết nối chuẩn giao tiếp UART UART giao thức khơng đồng bộ, khơng có đường clock điều chỉnh tốc độ truyền liệu Người dùng phải đặt hai thiết bị để giao tiếp tốc độ Tốc độ gọi tốc độ truyền, biểu thị bit giây bps Tốc độ truyền thay đổi đáng kể, từ 9600 baud đến 115200 Tốc độ truyền UART truyền nhận chênh lệch khoảng 10% trước thời gian bit bị lệch xa Mặc dù UART giao thức cũ giao tiếp master slave nhất, dễ thiết lập linh hoạt Trong sơ đồ giao tiếp UART: • Chân Tx (truyền) chip kết nối trực tiếp với chân Rx (nhận) chip ngược lại Thơng thường, q trình truyền diễn 3.3V 5V UART NHÓM 24 25 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học giao thức master, slave, thiết bị thiết lập để • • giao tiếp với thiết bị khác Dữ liệu truyền đến từ UART song song với thiết bị điều khiển (ví dụ: CPU) Khi gửi chân Tx, UART dịch thông tin song song thành nối tiếp truyền đến thiết bị nhận • UART thứ hai nhận liệu chân Rx biến đổi trở lại thành song song để giao tiếp với thiết bị điều khiển  UART truyền liệu nối tiếp, theo ba chế độ: • Full duplex: Giao tiếp đồng thời đến từ master slave • Half duplex: Dữ liệu theo hướng thời điểm • • Simplex: Chỉ giao tiếp chiều Dữ liệu truyền qua UART tổ chức thành gói Mỗi gói chứa bit bắt đầu, đến bit liệu (tùy thuộc vào UART), bit chẵn lẻ tùy chọn bit dừng  Ưu nhược điểm UART Khơng có giao thức truyền thơng hồn hảo, UART thực tốt cơng việc Dưới số ưu nhược điểm để giúp định xem có phù hợp với nhu cầu hay khơng: Ưu điểm • Chỉ sử dụng hai dây • • • Khơng cần tín hiệu clock Có bit chẵn lẻ phép kiểm tra lỗi Cấu trúc gói liệu thay đổi miễn hai bên thiết lập cho • Phương pháp có nhiều tài liệu sử dụng rộng rãi Nhược điểm • • • Kích thước khung liệu giới hạn tối đa bit Không hỗ trợ nhiều hệ thống slave nhiều hệ thống master Tốc độ truyền UART phải nằm khoảng 10% Cách hoạt động hệ thống Hệ thống vận hành dựa hệ điều hành thời gian thực Free-RTOS FreeRTOS hệ điều hành nhúng thời gian thực (Real Time Operating System) mã nguồn mở phát triển Real Time Engineers Ltd, sáng lập sở hữu Richard Barry FreeRTOS thiết kế phù hợp cho nhiều hệ nhúng nhỏ gọn triển khai chức như: chế quản lý nhớ tác vụ bản, hàm API quan trọng cho chế đồng Nó khơng cung cấp sẵn giao tiếp mạng, drivers, hay hệ thống NHÓM 25 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học 26 quản lý tệp (file system) hệ điều hành nhúng cao cấp khác Tuy vậy, FreeRTOS có nhiều ưu điểm, hỗ trợ nhiều kiến trúc vi điều khiển khác nhau, kích thước nhỏ gọn (4.3 Kbytes sau biên dịch ARM7), viết ngơn ngữ C sử dụng, phát triển với nhiều trình biên dịch C khác (GCC, OpenWatcom, Keil, IAR, Eclipse, …), cho phép không giới hạn tác vụ chạy đồng thời, không hạn chế quyền ưu tiên thực thi, khả khai thác phần cứng Ngồi ra, cho phép triển khai chế điều độ tiến trình như: queues, counting semaphore, mutexes FreeRTOS hệ điều hành nhúng phù hợp cho nghiên cứu, học tập kỹ thuật, công nghệ viết hệ điều hành nói chung hệ điều hành nhúng thời gian thực nói riêng, việc phát triển mở rộng tiếp thành phần cho hệ điều hành hành (bổ sung modules, driver, thực porting) Phân chia tác vụ cho hệ thống quản lý vào sử dụng thẻ RFID Sơ đồ hệ thống tác vụ sau : Hình 2.11 : Các tác vụ hệ thống quản lý vào sử dụng thẻ RFID Như hình 3.1 ta thấy hệ thống chia làm tác vụ STM32 khối điều khiển trung tâm vi xử lí điều khiển tồn tác vụ Các tác vụ hệ thống sau : - Task : Tác vụ có nhiệm vụ : • Thứ nhất, đọc tín từ module RFID Bất kể có thẻ từ đập vào module, thông tin thẻ(mã thẻ) gửi vi điều khiển • Sau có thơng tin thẻ, tác vụ thực chuẩn hóa thơng tin dạng Json gửi đến ESP8266 thơng qua giao thức UART Ví dụ : mã thẻ nhận abc1234xyz sau chuẩn hóa ta chuối json có dạng "ID" : " abc1234xyz " NHÓM 26 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học 27 Khi nhận thông tin thẻ từ STM32, ESP8266 tiếp tục gửi thông tin lên database để thực trình truy xuất liệu Nếu liệu người dùng có sẵn, liệu đẩy ESP Như ESP hệ thống coi trạm trung chuyển liệu - Task : Tác vụ có nhiệm vụ liên tục kiểm tra xem có liệu người dùng gửi từ ESP8266 hay không Dữ liệu gửi dạng Json bao gồm nhiều trường thông tin : Họ tên, ngày sinh, địa chỉ, số điện thoại v.v…Tác vụ thực tách thông tin cần thiết lưu vào biến công việc - Task : Tác vụ có có nhiệm vụ lấy thơng tin người dùng lưu lại tác vụ hiển thị lên hình LCD(TFT) - Task : Tác vụ có nhiệm vụ điều khiển khóa cửa Tác vụ liên tục kiểm tra xem có tín hiệu thẻ hợp lệ xuất từ tác vụ hay không Nếu có xuất tín hiệu điều khiển hệ thống khóa cửa Ngồi ra, để theo dõi thêm, sửa hay xóa thơng tin người dùng database, nhóm thiết giao diện bao gồm app web giúp người giám sát dễ dàng quản lý Q trình vận hành hệ thống biểu diễn qua sơ đồ sau : Hình 2.12 : Quá trình vận hành hệ thống quản lý vào sử dụng thẻ RFID NHÓM 27 28 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học Kết sản phẩm 4.1 Thiết kế phần cứng  Thiết kế PCP Hình 2.13: Hình ảnh 2D PCP hồn thiện Hình 2.14 : Hình ảnh 3D PCP hồn thiện NHÓM 28 29 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học Hình 2.15 :Bo mạch hồn thiện thực tế Hình 2.16: Sản phẩm hồn thiện sau đóng hộp NHÓM 29 30 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học Hình 2.17: Thơng tin người dùng hiển thị hình LCD 4.2 Thiết kế giao diện App quản lý thẻ Hình 2.18: Giao diện Log In App quản lý thẻ NHÓM 30 31 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc mơn học Hình 2.20: Giao diện hiển thị danh sách người dùng App Hình 2.21: Giao diện thêm, sửa xóa thơng tin người dùng Hướng phát triển hệ thống Hiện hệ thống đừng lại mức việc quản lý nhận diện thẻ RFID hiển thị thơng tin, điều khiển số thiết bị… hướng phát triển hệ thống chúng em muốn phát triển thêm nhiều tính cập nhật thêm công nghệ để thuật tiện việc quản lý nói chung quản lý sinh viên nói riêng giải tối đa vấn đề tái khâu xử lý… Phát triển tiếp tính khác : • Tự động tạo mẫu đơn • Kết hợp với thẻ xe, thẻ vào học viện(thư viện,…) • Làm tác vụ làm việc với văn phịng cửa… • Có thể kết hợp nhận diện vân tay, hay hết nhận diện khn mặt… NHĨM 31 32 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học Phân công công việc đánh giá thành viên nhóm Tên đề tài Tên thành viên Bộ chuyển đổi DAC Lê Phương Nam Công việc phân cơng Thuyết trình làm silde Nguyễn Hải Long Trình bày ví dụ Trần Trung Hiếu Tìm kiếm nội dung Nguyễn Ngọc Tiến Tìm kiếm nội dung Hệ thống quản lý vào sử Lê Phương Nam dụng thẻ RFID Lập trình vi điều khiển , thuyết trình, viết báo cáo Nguyễn Hải Long Thiết kế mạch Trần Trung Hiếu Thiết kế App Nguyễn Ngọc Tiến Lập trình vi điều khiển Nhóm tự đánh giá Lê Phương Nam : Điểm Nguyễn Hải Long : Điểm Trần trung Hiếu : Điểm Nguyễn Ngọc Tiến : điểm NHÓM 32 33 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Học viện Cơng nghệ Bưu viễn thông đưa môn Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối vào chương trình giảng dạy Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến giảng viên môn Trần Thị Thúy Hà dạy dỗ, rèn luyện truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian kỳ học vừa qua Trong lớp học cô,chúng em tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích, học tập tinh thần làm việc nghiêm túc, hiệu Đây thực điều cần thiết cho trình học tập cơng tác sau nhóm Thời lượng mơn học khơng nhiều, có cố gắng hiểu biết kỹ mơn học chúng em cịn hạn chế Do báo cáo chúng em cịn có thiếu sót chỗ chưa xác, kính mong giảng viên mơn xem xét góp ý giúp Bài báo cáo nhóm em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2022 Sinh viên thực Lê Phương Nam Nguyễn Hải Long Nguyễn Ngọc Tiến Trần Trung Hiếu NHÓM 33 ... 33 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Học vi? ??n Công nghệ Bưu vi? ??n thơng đưa mơn Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối vào... Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc mơn học Hình 2.15 :Bo mạch hồn thiện thực tế Hình 2.16: Sản phẩm hồn thiện sau đóng hộp NHĨM 29 30 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối. .. quản lý vào sử dụng thẻ RFID NHÓM 27 28 Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối – Bài tập lớn kết thúc môn học Kết sản phẩm 4.1 Thiết kế phần cứng  Thiết kế PCP Hình 2.13: Hình ảnh 2D PCP hồn thiện